锅炉原理第二章.ppt

2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,第二章 燃料及其燃烧特性,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2-1,燃料的成分及其主要特性,2-2,燃料燃烧计算,2-3,烟气分析方法,2-4,空气和烟气焓的计算,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,第一节 燃料的成分及其主要特性,一、燃料的定义与重要性,通过燃烧释放热能的可燃物质为燃料。燃料的种类和特性对锅炉的,安全运行、锅炉设计和燃烧器形式,等有重要影响。,二、燃料分类,核燃料,固体燃料,（以煤炭为主）,有机燃料,液体燃料,（以原油、重油和渣油为主）,气体燃料,（以煤气和天然气为主）,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,1,、煤的成分,煤是由多种有机物质和无机物质混合组成的复杂的固体碳氢燃料。,由于埋入地下的,深度,和,时间,不同，就会形成不同的煤种。,三、煤的成分及分析基准,2,、煤的成分分析,元素分析,和,工业分析,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,碳,:,是煤中主要发热成分，发热量,32866KJ/Kg,，一部分为挥发分碳、一部分为固定碳。含碳量高的煤，发热量较高，但不易着火。,氢,：是煤中最有利元素，发热量,120370KJ/Kg,，发热量大约是碳的,4,倍，燃点低，易着火，无污染。,氧和氮,：不可燃物质，为有害元素。一部分,N,会与氧化合而生成,NOx,，造成大气污染,3,、元素分析,分析煤中各元素（,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、,A,、,M),的组成,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,硫,：可燃的有害物质；三种存在形式，有机硫、黄铁矿（,FeS,2,),和硫酸盐硫。燃烧产物,SO,2,，,SO,3,污染大气，腐蚀设备，磨损磨煤部件。,灰分,：降低发热量，着火推迟；熔融灰吸热，排渣热损失和机械未完全燃烧热损失增加；积灰、结渣，磨损的根源；增加制粉系统能耗；污染环境。,水分,：降低发热量，着火推迟；燃烧温度降低，锅炉效率降低；加剧受热面腐蚀和堵灰；,各元素成分百分数表示：,C+H+O+N+S+A+M=100%,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,4,、工业分析,煤,水分,挥发分,固定碳,灰分,焦碳,煤,水分,固定碳,灰分,焦碳,（,一）、成分分析,挥发分是煤有机分解后的气体物质，由,可燃物质：,碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢，,不可燃物质：,少量的氧、二氧化碳、氮，组成。,挥发分含量是煤的分类的重要依据。,水分会使炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟热损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰,外部水分和内部水分之和称为全水分。,煤中的灰分为不可燃物质。灰分的存在不仅使单位燃料量的发热量减少，而且,影响燃料的着火和燃尽,，也是造成锅炉受热面,积灰、结渣、磨损,的主要因素。,煤在失去水分和挥发分后剩余部分即为焦碳，它包括,固定碳和灰分。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（二）、工业分析过程,1,、,水分（外部水分和内部水分）,全水分测定：将原煤样置于,105,110,（褐煤温度应为,145,）的烘箱内,2h,，使之干燥至恒重，所失去的重量。,2,、,挥发分,将失去水分的煤样，在（,900,10,）的温度下，,隔绝空气,加热,7min,，失去的重量。,3,、,固定碳和灰分,原煤失去水分和挥发分之后，剩余为,焦炭,。,将焦炭放在箱形电炉中，在（,815,10,）的温度下灼烧,2h,，失去重量为,固定碳,，剩余部分为,灰分,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,四 煤的成分分析基准及其换算,定义：根据煤存在的条件和根据需要而规定的“成分组合”称为分析基准。,基准,基准,收到基,干燥基,干燥无灰基,空气干燥基,详细介绍如下页,：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,1,、收到基（原应用基）,以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基，其中包括全部水分，收到基以下角标,ar,表示。,C,ar,+H,ar,+O,ar,+N,ar,+S,ar,+A,ar,+M,ar,=100%,FC,ar,+V,ar,+A,ar,+M,ar,=100%,2,、空气干燥基（原分析基）,煤样在实验室规定的温度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分组合便是空气干燥基，并以下角称,ad,表示。,C,ad,+H,ad,+O,ad,+N,ad,+S,ad,+A,ad,+M,ad,=100%,FC,ad,+V,ad,+A,ad,+M,ad,=100%,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,3,、干燥基,以假想无水状态煤为基准，以下角称,d,表示。由于已不受水分的影响，灰分含量百分数相比较稳定，可用于比较两种煤的含灰量。,C,d,+H,d,+O,d,+N,d,+S,d,+A,d,=100%,FC,d,+V,d,+A,d,=100%,4,、干燥无灰基（原可燃基）,以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角称,daf,表示。由于不受水分、灰分影响，常用于比较两种煤中的碳、氢、氧、氮、硫成分含量的多少。,C,daf,+H,daf,+O,daf,+N,daf,+S,daf,=100%,FC,daf,+V,daf,=100%,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,煤的成分及各种分析基准之间的关系,收到基（,ar,）,以入炉煤（包括煤的全部成分）,为基准,空气干燥基（,ad,）,以风干状态煤（除外部水分）,为基准,干燥基（,d,）,以去掉全部水分煤为基准,干燥无灰基（,daf,）,以去掉全部水分及灰分煤为基准,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,煤成分基准间的换算,不同基准之间的换算公式,X=K X,0,（,2-9,）,式中,X,0,、,X,某成分原基准及新基准质量百分比，,%,K,换算系数（见表,2-1,）,例,:,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,所求,X,已知,X,0,收到基,空气干燥基,干燥基,干燥无灰基,收到基,1,空气干燥基,1,干燥基,1,干燥无灰基,1,煤的成分基准换算系数,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,五 煤的发热量及相关概念,1,、煤的发热量,：,煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。,煤的发热量,高位发热量,低位发热量,当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为高位发热量，用,Q,gr,表示。,当发热量中不包括水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为低位发热量，用,Q,net,表示。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,我国在锅炉的有关计算中采用低位发热量。,高位发热量与低位发热量之间的关系为：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,、发热量的测量：,测量设备：,氧弹式量热仪,测量原理：取,1g,左右的煤样放在,氧弹,5,中，氧弹中充满氧气后点火燃,烧，当燃烧产物冷却至原始温度后，,测得的单位质量的煤放出的热量即,弹筒发热量。由于过剩氧的作用生,成和并溶解在氧弹中的水中形成硫,酸和硝酸，而酸的反应会放出热量。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,计算公式：,Q,ad,，,gr,=Q,ad,，,b,-,（,94.2S,ad,，,b,+Q,ad,，,b,）,式中：,Q,ad,，,gr,空气干燥基高位发热量，（,KJ/kg,）；,Q,ad,，,b,空气干燥基弹筒发热量，（,KJ/kg,）；,S,ad,，,b,弹筒洗液中测得的含硫量，,%,；,硝酸生成热的比例系数。,问题？,将上述公式,空气干燥基,高位发热量根据表,2-1,的换算系数换算成,收到基,高位发热量？,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,折算成分,折算水分,(%),折算灰分,(%),折算硫分,(%),3,、煤的折算成分：,根据折算成分，煤的分类：,当煤中的,M,ar,，,zs,8%,时称为高水分煤；,当,A,ar,，,zS,4%,时称为高灰分煤；,当,S,ar,，,zS,0.2%,时，称为高硫分煤。,对应于每,4190KJ/kg,收到基低位发热量的,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,4,、标准煤的定义：,为了对燃用不同煤种的锅炉机组或电厂进行燃料消耗分析,规定，收到基发热量为,29310KJ/kg,（,7000Kcal/kg,）的煤为标准煤。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,六、煤灰的熔融特性,概念：煤在燃烧后残留的灰分是由各种矿物质成分组成的混合物，它,没有固定的由固相转为液相的熔融温度,，在一定温度下，有些组分会形成共熔体，从而改变灰分的成分及其熔融特性。,灰分熔融温度的测定方法：,角锥法和柱体法,。国内采用,角锥法。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,角锥法测量原理：,将煤灰制作成底边长为,7mm,的等边三角形，高为,20mm,的角锥。将锥体放入半还原性气体的灰熔点测,定仪中，以规定的速度升温，观测灰锥在熔融过程中,的三个特征温度，来标示煤灰的熔融特性。,特性温度,：,变形温度,DT,软化温度,ST,流动温度,FT,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,熔融性的三个特性温度：,DT,（,t,1,）,ST,（,t,2,）,FT,（,t,3,）,ST,软化温度,，灰锥尖端弯曲到托板上或整个灰锥变成半球形时对应的温度；,DT,变形温度,，灰锥顶端开始变圆或弯曲时的温度；,FT,流动温度,，锥体熔化成液体并在托板上流动（厚度在,1.5mm,以下）时对应的温度；,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,ST1400,煤灰称为,难熔灰,。,宜采用固态排渣,。,ST-DT200,时，说明灰渣的液态与固态共存的时间长。称为,长渣,。,ST-DT100,时，说明灰渣的液态与固态共存的时间短。称为,短渣,。,对固态排渣，为减轻炉内结渣，应燃用具有短渣性质的煤。,为避免炉膛出口受热面结渣，应使炉膛出口烟温比,DT,低,50,100,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,影响灰熔性的因素：,（,1,）,煤的化学组成：,酸性氧化物：,SiO,2,、,Al,2,O,3,和,TiO,2,等，,碱性氧化物：,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,、,Na,2,O,和,K,2,O,等,这些物质在纯净状态熔点较高，但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将结合成熔点较低的共晶体。,煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（,2,）周围介质的性质,当炉内处于氧化性气氛时，灰中铁呈,氧化状态（,Fe,2,O,3,），,熔点较高。在,还原性和半还原性气氛中，,Fe,2,O,3,会还原成,FeO,，并可能与其它氧化物形成共熔体，灰熔点随含铁量的增加而迅速下降。因此，介质气氛不同，会使灰熔点变化,200300,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,七,煤的可磨性系数和磨损指数,1,、煤的可磨性系数,概念：由于煤的机械性质不同，有的煤较难破碎，有的却容易破碎，煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度称为煤的可磨性系数。,测定公式：,目前国内采用哈德格罗夫（,Hardgrove,）法测定的哈氏可磨性系数，即：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,式中：,为通过孔径为,74m,的筛子的煤粉量。,哈氏可磨性系数的测定方法为：,将空气干燥后，粒度为,0.631.25mm,的,50g,煤样放入哈氏可磨性试验机中。在钢球上施加,284N,的总作用力，驱动电机进行研磨，旋转,60,转后，将磨制好的煤粉放入孔径,74m,的筛子上进行筛分，然后分别称量通过筛子和留在筛子上的煤粉量，将通过量代入公式，即可以计算出哈氏可磨性系数。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,全苏热工研究所,（,BTH,）,在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同的细度时，消耗的能量之比,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,、煤的磨损指数,概念：,煤的磨损指数表示，煤在碾磨的过程中，煤对碾磨设备的研磨部件磨损的强烈程度。我国目前采用的是冲刷磨损指数。,计算公式：,单位时间内磨损片的磨损量与标准煤样的磨损率之比。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,表,45,煤的磨损性和冲刷磨损指数的关系,煤的冲刷磨损指数,K,e,1.0,K,e,=1.02.0,K,e,=2.03.5,K,e,=3.55.0,K,e,5.0,磨损性,轻微,不强,较强,很强,极强,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,八、发电厂煤的分类,1,、我国煤的分类,我国煤的分类方法是采用表征煤化程度的干燥,无灰基挥发分,V,daf,作为分类指标并将煤分为：,无烟煤：,V,daf,不大于,10%,贫 煤：,V,daf,为,10,20%,烟 煤：,V,daf,为,20,40%,褐 煤：,V,daf,大于,40%,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,、发电厂煤的分类及燃烧特性,分类：,无烟煤,烟煤,褐煤,贫煤,无烟煤是煤化程度最深的煤，它有明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，杂质少而发热量较高，大致为,21000-25000KJ/kg,。但由于挥发分含量较低，难以点燃，燃烧特性差。,烟煤具有中等的煤化程度，它的挥发分含量较高，水分和灰分也较少，发热量也较高。烟煤燃点低，容易着火和燃尽。,外观呈褐色，少数为黑褐色甚至黑色，挥发分含量较高，有利于着火。但其灰分和水分较高，发热量较低，一般小于,16750KJ/kg,。含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，而且灰熔点也较低。褐煤在空气中存放极易风化，容易发生自燃。,它的挥发量含量稍高于无烟煤，其着火、燃尽特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性较差的煤种。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,九、液体燃料和气体燃料,（一）液体燃料,液体燃料一般是指石油炼制所得到的各种产品。但对于锅炉的液体燃料主要是指,常压重油、减压重油和轻柴油,。在我国，燃料油基本是减压重油，且一般作为锅炉启动及低负荷运行时的辅助性燃料。轻柴油则作为锅炉点火用油。,液体燃料的成分组成几乎和煤一样：,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、,A,、,M,和杂质,。重油,属易燃的高发热量燃料，,且各成分含量变化不大。,其中,Car=81,-87,，,Har=11,-14,，,Oar,Nar,1,，,Sar,3,，,Mar,4,，,Aar,3,，机械杂质含量,2.5,，,Qar,，,net,37.7,10,3,44.0,10,3,KJ/Kg,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,重油的主要特性指标：,黏度、闪点、燃点、凝固点、硫分、水分、灰分和机械杂质。,1,、黏度,黏度是表征液体流动性能的指标。,黏度越小，流动性能越好,。为保证重油输送和油喷嘴的雾化质量，重油必须加热，油温应在,100,以上。,2,、闪点及燃点,油温升高时产生的油气和空气的混合物与明火接触而发生短促闪光时的油温称为,燃油的闪点。燃点,是油气和空气的混合物遇明火能着火燃烧并持续,5s,以上的最低油温。闪点及燃点是锅炉燃油防火的重要指标。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,3,、凝固点,凝固点是表征燃油丧失流动性能的温度。凝固点高低与燃油中石蜡的含量有关，,石蜡含量高，凝固点就高,。,4,、硫分及其它有害成分,燃油含硫量高，会对锅炉低温受热面产生腐蚀。,一般当,Sar,0.3,时，就应注意低温腐蚀问题。,重油中水分、灰分和机械杂质的存在，也对锅炉的安全工作有一定的危害。水分燃烧不稳。灰分碱性物质熔点低导致受热面的高温积灰和腐蚀。,（二）气体燃料,天然气体燃料,（,CH,4,、,C,n,H,m,等,),，,人工气体燃料,（,CO,、,CH,4,、,H,2,等。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,目的,燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需,空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓,等。,第二节 燃料燃烧计算,概念,燃料的燃烧,是指燃料中的可燃元素与氧气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。当燃料中不含可燃物质时称为,完全燃烧,，否则称为,不完全燃烧,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,在计算时假定：,1,）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气 都是理想气体，因此，,每一千摩尔气体在标准状态下的容积是,22.41Nm3,；,2,）所有空气和其它气体容积的计算单位都是,Nm,3,，即以,0,一标准大气压（,0.1013Mpa,）状态下的立方米为单位。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,一、燃烧过程的化学反应,煤的可燃燃烧成分：碳（,C,）、氢（,H,）、硫（,S,）。,1.,碳的燃烧：,C+O,2,CO,2,+407000kJ/k mol,12.1kgC+22.41Nm,3,O222.41Nm,3,CO2,完全燃烧,（反应方程式,）：,1kgC+1.866Nm,3,O21.866Nm,3,CO2,1Kg,收到基燃料中含有,C,ar,/100Kg,因而,1Kg,燃料中,C,完全燃烧时需要,1.866Car/100Nm,3,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2C+O,2,2CO+123100kJ/k mol,（,C,）（,3,2,）,即 ：,1kgC+0.51.866Nm,3,O,2,1.866Nm,3,CO,也即：每,1kg,的,C,不完全燃烧需要,0.51.866Nm,3,的,O,2,并产生,1.866Nm,3,的,CO,。,不完全燃烧：,（反应方程式,）,2H,2,+O,2,2H,2,O+241200kJ/k mol,（,H,2,）（,3,3,）,即 ：,1kgH,2,+5.56Nm,3,O,2,11.1Nm,3,H,2,O,也即：每,1kg,的,H,燃烧需要,5.56Nm,3,的,O,2,并产生,11.1Nm,3,的,H,2,O,。,2.,氢的燃烧,:,（反应方程式）,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,3,、硫的燃烧：,（反应方程式）,S+O,2,SO,2,+334900kJ/k mol,（,S,）（,3,4,）,即 ：,1kgS+0.7Nm,3,O,2,0.7Nm,3,SO,2,也即：每,1kg,的,S,燃烧需要,0.7Nm,3,的,O,2,并产生,0.7Nm,3,的,SO,2,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,1,理论空气量,概念：,1kg,（或,1Nm3,）燃料完全燃烧时而又无过剩氧存在时所需的空气量称为,理论空气量,，其代表符号为,V,0,。,二、燃烧所需的空气量,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,求理论空气量的一般过程：,1kg,收到基燃料中,C,、,H,、,S,的量（前已讲述）,C,、,H,、,S,完全燃烧所需的,O,2,量,1kg,燃料完全燃烧真正需由空气提供的,O,2,量,1kg,燃料燃烧所需的理论空气量,V,0,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,理论空气量：,上式有三点说明,：,1,）,V,0,是不含水蒸汽的干空气；,2,）,V,0,只决定于燃料的成分，当燃料一定时,V,0,即为一常数；,3,）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式,R+O,2,RO,2,，,其中,Rar,=C,ar,+0.375S,ar,。,考虑空气中氧的,容积成分为,21%,计算,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,实际空气量和过量空气系数,在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量。实际空气量,V,k,与理论空,V,0,之比，即,称为,过量空气系数,（,用于烟气量计算，,用于空气量计算,）。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,炉内过量空气系数,，一般是指炉膛出口处的过量空气系数 。,太大，增加排烟热损失；,太小，不能保证完全燃烧。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,显然，,1kg,燃料完全燃烧时需要的实际空气量,V,k,为：,过量空气量,Vg,等于：,对于固态排渣煤粉炉：,当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为,1.20,1.25,，,当燃用烟煤和褐煤时约为,1.15,1.20,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,3,漏风系数和空气平衡,对于,负压运行,的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中的过量空气增加。,相对于,1kg,燃料而言，漏入的空气量,V,与理论空气量,V,0,之比称为,漏风系数,，以,表示，即：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,烟道内的过量空气系数：,漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐渐增大的。,从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空气系数为：,式中,炉膛出口与计算烟道截面间，各段烟道漏风系数的总和。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,空气预热器中的过量空气系数：,空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数,ky,要高些。在空气预热器中：,式中：,Ky,、,Ky,分别为空气预热器进口和出口的过量空气系数。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,考虑到炉膛及制粉系统的漏风，,Ky,与,1,之间关系为：,式中,l,炉膛漏风系数,zf,制粉系统漏风系统,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,例：某锅炉尾部受热面采用双级布置如图示，负压制粉系统。假定,、,级空气预热器、炉膛和制粉系统的漏风系数 以及炉膛出口过量,空气系数 均已知。试写出第,级空气预热器入口处的过量空气系数,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,问题？,1,、什么是标准煤？,2,、什么是折算成分？,3,、何谓煤的高位发热量和低位发热量？,4,、氧弹发热量和高位发热量那一个高？,5,、如果煤中没有水分是否不存在发热量高 低之分？,6,、什么是理论空气量、过量空气系数、漏风系数？,7,、煤燃烧所需,理论空气量与燃烧方式有无关系？,某种煤在流化床锅炉与煤粉锅炉中燃烧，所需理论空气量是否相同？,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,三、,燃烧产生的烟气容积计算,1,、理论烟气容积,当,=1,且完全燃烧时，生成的烟气容积称为理论烟气容积。用符号,V,y,0,表示，,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,理论烟气的组成成分为：,其相应的体积分别记为：,CO,2,、,SO,2,、,N,2,、,H,2,O,各组成成分体积均可根据燃烧反应求出,1,）、理论烟气的组成成分,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,理论烟气量的计算,理论烟气量,：,理论干烟气量,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（,1,）二氧化碳和二氧化硫的体积,V,CO,2,、,V,SO,2,根据,C,、,S,的燃烧反应可求出：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（,2,）理论氮气体积（,V,0,N,2,）,由两部分组成：,燃料中的氮,所占体积,理论空气量中的氮,所占的体积,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（,3,）理论水蒸气体积（,V,0,H,2,O,）,四部分组成：,燃料中的氢,完全燃烧生成的水蒸气体积：,燃料中的水,汽,化生成的水蒸气体积：,理论空气量,带入的水蒸气体积：,采用,蒸汽雾化,等设备带入的水蒸气体积：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,理论水蒸汽量：,理论烟气量：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,四、完全燃烧时的实际烟气量,、完全燃烧时实际烟气量的组成成分,形成实际烟气量的基本物质,燃料,干空气量,V,k,随,V,k,进入炉膛的水分,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,CO,2,、,SO,2,、,N,2,、,O,2,、,H,2,O,其相应的体积分别记为：,实际烟气的组成成分为：,从成分上看比理论烟气量多了一项自由氧,O,2,。,从烟气的总量上看，多了过量空气，以及随其带入的水蒸气。,其中：,过量空气,：,0.21,的氧,0.79,的氮,水蒸汽,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,、完全燃烧时实际烟气量的计算,完全燃烧时烟气体积：,完全燃烧时烟气中的各成分均假设为理想气体，,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,根据前面所讲述的内容总结出实际烟气中各组成部分的体积表达式：,问题？,实际烟气量：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,五、不完全燃烧时的烟气量,1,、不完全燃烧烟气的成分,：,CO,2,、,SO,2,、,N,2,、,O,2,、,H,2,、,CO,、,C,m,H,n,其中,H,2,、,C,m,H,n,数量很少一般在工程计算可以忽略。因此燃料不完全燃烧时的烟气量：,其中：,与完全燃烧时完全相同，,需要重新计算 的量。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,、二氧化碳与一氧化碳的体积,1kg,燃料中含碳,燃烧生成,CO,2,燃烧生成,CO,这两部分碳燃烧生成的,CO,和,CO,2,的体积,V,CO,、,V,CO,2,为,:,可见，如果不完全燃烧产物只有,CO,，那么不论燃烧是否完全，烟气中碳的燃烧产物的总容积是不变的。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,3,不完全燃烧时烟气中氧的体积,不完全燃烧时，烟气中氧的体积等于过量空气中氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧的体积之和，即：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,六、烟气中三原子气体的容积份额和飞灰浓度,在锅炉辐射换热计算中，要用到三原子气体及水蒸气的容积份额、和分压力、：,，,，,fh,为烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额,m,y,为,1kg,燃料的烟气质量；,P,为烟气的总压力。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,目的：,在锅炉运行中，烟气的成分及含量直接反映出,炉内的燃烧工况,。因而，测定烟气的成分和含量，对于判断炉内燃烧工况、进行燃烧调整以改进燃烧热备都是非常必要的。如果测出了烟气的成分和含量，不但可以了解,燃烧的完全程度,（即,q,3,大小）、燃烧的条件（即炉膛出口的过量空气系数大小）也可以了解烟道的,漏风情况,等。,第三节,烟气,分析方法,方法：,化学吸收法、电气测量法、红外吸收法及色谱分析法,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（一）奥氏烟气分析仪,测量原理：,化学吸收法，它是将一定容积的烟气试样顺序和某些化学吸收剂相接触，对烟气的各组成气体逐一进行选择性吸收，每次减少的容积即是被测成分在烟气中所占的容积。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,吸收剂：,第一个吸收瓶放氢氧化钾（,KOH,）溶液，吸收,RO,2,；,第二个吸收瓶放焦性没食子酸,C,6,H,3,(OH),3,的碱性溶液，吸收,O,2,（同时也吸收,RO,2,）；,第三个吸收瓶放氯化亚铜氨溶液,Cu(NH,3,),2,Cl,，吸收,CO,（同时也吸收,O,2,）。,由于后两瓶的吸收剂有双重吸收功能，故操作时必须按,1,、,2,、,3,瓶的次序依次进行，不可颠倒。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,测量步骤：,烟气,U,形管过滤器,除去灰和杂质,取出,100ml,烟气,吸收瓶,1,吸收瓶,2,吸收瓶,3,测量出,RO,2,测量出,O,2,测量出,CO,每次用量筒测得的数值就是干烟气成分的容积百分数。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2,干烟气的容积成分,不完全燃烧时,其中,H,和,C,m,H,n,数量很少，工程计算中可忽略不计,一般认为不完全燃烧时：,即：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,其中：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,计算公式：,或,前面已经求出三者的含量：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,问题：,何谓理论烟气量，它同实际烟气量在成份上有何区别,?,试分析平衡通风锅炉沿着烟气流程,RO2,和,O2,是如何变化的？,在奥式气体分析仪中，三个吸收瓶中分别装有什么溶液？在吸收过程中，烟气流经三个吸收剂的顺序可否颠倒？为什么,?,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（二）烟气中,CO,含量计算,不完全燃烧时烟气中氧的体积,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,由公式：,将上式的两边除以,V,gy,并乘以,100,，结合,RO,2,、,CO,、,O,2,的定义式,将,代入上式并整理，得：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,不完全燃烧反应方程式,其中：燃烧特性系数,系数,称为燃料的特性系数，它只取决于燃料中,C,、,H,、,O,、,N,、,S,，而与,M,和,A,无关。由,的计算式可知，,是一个无因次的比例系数，因此它与燃料分析成分的表示基准也无关。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,不完全燃烧方程式的应用,一般用来计算干烟气中一氧化碳的含量,而利用,CO,含量的多少可以判断燃烧的完全程度。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（三）完全燃烧反应方程式及,RO2,最大值,CO=0,完全燃烧,=1,（,O,2,=0,）,只决定于燃料的特性系数,，所以也只决定于燃料的元素组,成,成分，也是一个表征燃料特性的特征值。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,（四）运行中过量空气系数和漏风系数的确定,过量空气系数对锅炉的燃烧和经济运行有很大影响，在锅炉运行中，通过烟气分析准确迅速的测量过量空气系数，是保证锅炉安全经济运行的基础。,据过量空气系数的定义，有：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,从干烟气容积成分,O,2,、,N,2,和,CO,的定义式,N,2,=100,（,RO2+O2+CO,）,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,不完全燃烧时的过量空气系数：,CO=0,完全燃烧时的过量空气系数：,根据前面所讲推导求出,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,过量空气系数与烟气中氧的容积成分,O,2,基本上一一对应，所以在运行中只要知道了烟气中的含氧量,O,2,，就可以知道运行中的过量空气系数。目前，锅炉采用磁性氧量计或氧化锆氧量计来测量烟气中的含氧量,O,2,。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,漏风系数计算,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,例,1,：,某,负压锅炉完全燃烧，省煤器前后的烟气分析结果如下：,RO,2,=15%,，,O,2,=4.3%,，,RO,2,=14.8%,，,O,2,=4.6%,。试求省煤器段漏风系数。,解：,=,1.25,=,1.27,=,-,=,0.02,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,空气和烟气的焓,要进行锅炉受热面的传热计算，必须知道如何计算空气和烟气的焓。在这里空气和烟气的焓是指在定压条件下，将,1kg,燃料所需的空气量或所产生的烟气量从,0,加热到,t,（空气）或,（烟气）时所需的热量，单位为,kJ/kg,。,一、空气焓,理论空气量的焓,实际空气量的焓,(ct),k,1Nm3,干空气连同其携带的水蒸气在温度,t,时的焓（见表,4-4,）。,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,二、烟气焓,1,理论烟气的焓,2,实际烟气的焓,式中,(c,),h,1kg,灰在,时的焓,实际烟气焓,Iy,等于理论烟气焓,I,k,0,、过量空气焓 （,1,）,I,k,0,和烟气中飞灰焓,I,fh,之和，即：,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,2006,年,4,月,锅炉原理,精品课,